JPH06290725A - Ion source apparatus and ion implantation apparatus with ion source apparatus - Google Patents
Ion source apparatus and ion implantation apparatus with ion source apparatusInfo
- Publication number
- JPH06290725A JPH06290725A JP5076824A JP7682493A JPH06290725A JP H06290725 A JPH06290725 A JP H06290725A JP 5076824 A JP5076824 A JP 5076824A JP 7682493 A JP7682493 A JP 7682493A JP H06290725 A JPH06290725 A JP H06290725A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- ion
- plasma
- ion source
- mirror magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高周波加速器を使って
イオンビームをＭｅＶ級の高エネルギーに加速し、この
加速イオンを試料基板に打ち込む高エネルギーイオン打
込み装置と、そのイオン源に好適な、低エミッタンスの
イオンビームを発生するイオン源装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is suitable for a high-energy ion implanter for accelerating an ion beam to high energy of MeV class by using a high-frequency accelerator and implanting the accelerated ions on a sample substrate, and an ion source therefor. The present invention relates to an ion source device that generates an ion beam with low emittance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来技術による高エネルギーイオン打込
み装置で使用されていた、大電流イオン源装置の構造を
図４で説明する。2. Description of the Related Art The structure of a high current ion source device used in a high energy ion implanter according to the prior art will be described with reference to FIG.
【０００３】図４において、プラズマ源４は、空心コイ
ル３によるミラー磁場の中に置かれる。これに、２．４
５ＧＨｚのマイクロ波及び放電ガスを導入し、高密度プ
ラズマを発生させる。次に、このプラズマから加速−減
速方式の引出し電極６を使い、イオンビーム２を引出
す。In FIG. 4, the plasma source 4 is placed in the mirror magnetic field by the air-core coil 3. To this 2.4
A microwave of 5 GHz and a discharge gas are introduced to generate high density plasma. Next, the ion beam 2 is extracted from this plasma by using the extraction electrode 6 of the acceleration-deceleration system.
【０００４】このようなイオン源装置としては、例え
ば、特開昭６３−１１４０３２号公報に示されるよう
に、ミラー磁場中でのマイクロ波放電によって生成した
高密度プラズマから、引出し電極を使ってイオンビーム
を引出すマイクロ波イオン源装置が使われていた。As such an ion source device, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-114032, an ion is extracted from a high-density plasma generated by microwave discharge in a mirror magnetic field using an extraction electrode. A microwave ion source device was used to extract the beam.
【０００５】この従来型マイクロ波イオン源装置は、高
温高密度のプラズマを生成できるため、大電流ビームを
長時間安定に引出せる特徴があった。しかし、イオン源
装置から引出されるイオンビームの質を表わすエミッタ
ンスについては、他の方式のイオン源装置と同様に制御
は非常に難しかった。エミッタンスを調整しようとする
と、プラズマ状態が大きく変るため、大電流ビーム引出
し性能を維持しながら、エミッタンスを小さくすること
は出来なかった。This conventional type microwave ion source device has a feature that a high current beam can be stably drawn out for a long time because high temperature and high density plasma can be generated. However, it is very difficult to control the emittance, which represents the quality of the ion beam extracted from the ion source device, like the ion source devices of other systems. When the emittance is to be adjusted, the plasma state changes greatly, so it was not possible to reduce the emittance while maintaining the high current beam extraction performance.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、エミッタンス
の良否は、イオンビーム打ち込み装置の最終段の打込み
室に至るイオンビーム電流の透過率に影響を与える。特
に、高周波加速器では、良質の低エミッタンスビームを
導入しないと、加速器内でのビーム透過率が大きく減る
ことが知られている。However, whether the emittance is good or bad affects the transmissivity of the ion beam current reaching the implantation chamber at the final stage of the ion beam implantation device. In particular, in a high frequency accelerator, it is known that the beam transmittance in the accelerator is greatly reduced unless a good low emittance beam is introduced.
【０００７】即ち、イオン打ち込み装置においては、イ
オン源装置から大電流のビームを引出しても、イオン源
装置のエミッタンスが大きいと、打込み室に到達するビ
ームが激減するという問題があった。That is, in the ion implantation apparatus, even if a high current beam is drawn from the ion source apparatus, if the emittance of the ion source apparatus is large, there is a problem that the number of beams reaching the implantation chamber is drastically reduced.
【０００８】また、エミッタンスは、イオン源装置のプ
ラズマ等の性質によって変わるため、その調整には、イ
オン源装置プラズマのパラメータ（例えば、イオン温
度、電子温度等）を変える必要がある。しかし、従来技
術では、それらを変えると、イオンビーム引出し特性も
同時に変わり、その結果、ビーム電流が大きく変わる問
題があった。即ち、従来のイオン源装置では、エミッタ
ンスと電流引出し性能を、独立に制御することが出来な
いという問題があった。Further, since the emittance changes depending on the characteristics of the plasma of the ion source device, it is necessary to change the parameters of the plasma of the ion source device (for example, the ion temperature, the electron temperature, etc.) for the adjustment. However, in the prior art, if they are changed, the extraction characteristics of the ion beam are changed at the same time, and as a result, the beam current is greatly changed. That is, the conventional ion source device has a problem that the emittance and the current drawing performance cannot be controlled independently.
【０００９】本発明の目的は、高エネルギーイオン打込
み装置用のイオン源装置において、ビーム電流を損ねる
ことなく、ビームのエミッタンスを独立に制御できる、
低エミッタンスのイオン源を提供することにある。An object of the present invention is to independently control the emittance of a beam in an ion source device for a high energy ion implanter without damaging the beam current.
It is to provide an ion source with low emittance.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的は、大電流ビー
ムの引出しに好適な高密度プラズマを発生できるマイク
ロ波イオン源装置のエミッタンスを調整するために、プ
ラズマ発生部とエミッタンスを調整する部分を独立に設
けたイオン源装置を有するイオンビーム打ち込み装置に
よって達成できる。In order to adjust the emittance of a microwave ion source device capable of generating a high density plasma suitable for extraction of a large current beam, the above-mentioned object is to provide a plasma generating part and a part for adjusting the emittance. This can be achieved by an ion beam implanting device having an independently provided ion source device.
【００１１】即ち、前記イオン源装置において、２個の
空心コイルの励磁で発生するミラー磁場中に、別のプラ
ズマ源で発生したプラズマを導入せしめ、更に、プラズ
マ状態を変化させるため、ミラー磁場強度比を変える手
段を設ける。これにより、引出し電極で引出されるイオ
ンビームのエミッタンスが制御可能としたものである。That is, in the ion source device, the plasma generated by another plasma source is introduced into the mirror magnetic field generated by the excitation of the two air-core coils, and further the plasma state is changed, so that the mirror magnetic field strength is changed. A means for changing the ratio is provided. Thereby, the emittance of the ion beam extracted by the extraction electrode can be controlled.
【００１２】[0012]
【作用】本発明の作用を述べるにあたり、最初に、エミ
ッタンスの定義及びミラー磁場によるプラズマ粒子の振
舞いについて説明する。In describing the operation of the present invention, first, the definition of emittance and the behavior of plasma particles due to the mirror magnetic field will be described.
【００１３】図２は、イオンビームが持つエミッタンス
を説明する図である。図２−（Ａ）で示すように、イオ
ンビーム２中に小孔の開いたスリット１を置き、この小
孔から出るイオンビーム２ａの広がり角度θを測定す
る。小孔の位置ｒを変えて角度θを測定したものを、図
２−（Ｂ）に示す。この時、図２−（Ｂ）で描かれた図
形の面積がエミッタンスである。レンズ等により、ビー
ムが制御を受けるとエミッタンスの形は変わるが、その
面積は変わらない。FIG. 2 is a diagram for explaining the emittance of the ion beam. As shown in FIG. 2- (A), a slit 1 having a small hole is placed in the ion beam 2, and the spread angle θ of the ion beam 2a emitted from this small hole is measured. FIG. 2- (B) shows the angle θ measured by changing the position r of the small hole. At this time, the area of the figure drawn in FIG. 2B is the emittance. When the beam is controlled by a lens or the like, the shape of emittance changes, but its area does not change.
【００１４】イオン打込み装置において、イオン源装置
からビーム照射室に至るイオンビーム透過率は、エミッ
タンスの大小により変わる。特に、大電流ビームを得る
には、イオン源装置から引出されるビーム電流を上げる
と共に、そのエミッタンスを小さくすることが必要であ
る。In the ion implantation apparatus, the ion beam transmittance from the ion source apparatus to the beam irradiation chamber varies depending on the magnitude of emittance. In particular, in order to obtain a large current beam, it is necessary to increase the beam current drawn from the ion source device and reduce its emittance.
【００１５】エミッタンスは、その定義から分かるよう
に、イオンビーム進行方向と直角な方向のイオン速度の
大小により決まる。イオン速度の大小は、イオンが引出
されるプラズマ室のプラズマ中イオン温度により変わ
る。プラズマ中のイオン温度は、プラズマ生成方法で決
まる。As can be seen from the definition, the emittance is determined by the magnitude of the ion velocity in the direction perpendicular to the ion beam traveling direction. The magnitude of the ion velocity changes depending on the temperature of the ions in the plasma of the plasma chamber where the ions are extracted. The ion temperature in plasma is determined by the plasma generation method.
【００１６】一方、プラズマ生成条件を変化させると、
種々のプラズマパラメータ（電子温度、プラズマ密度
等）が同時に複雑に変わるため、プラズマ密度を一定に
保ちながらイオン温度のみを単独に制御することは困難
である。On the other hand, when the plasma generation conditions are changed,
Since various plasma parameters (electron temperature, plasma density, etc.) simultaneously change intricately, it is difficult to control only the ion temperature alone while keeping the plasma density constant.
【００１７】次に、２個の空心コイルの励磁で出来る、
いわゆるミラー磁場中の荷電粒子の振舞いについては、
以下のことが知られている。Next, it is possible to excite two air-core coils,
Regarding the behavior of charged particles in a so-called mirror magnetic field,
The following is known.
【００１８】まず、図３−（Ａ）にミラー磁場形状を示
す。２個の空心コイル３ａ，３ｂで作られた磁場内にプ
ラズマ等の荷電粒子を入れると、大部分の粒子は２個の
コイルの間を往復する。これは、コイル部のところで磁
場が、あたかも鏡のように働き、荷電粒子を反射させる
からである。しかし、一部の粒子については反射されず
軸方向に逃げていく。First, FIG. 3A shows the shape of the mirror magnetic field. When charged particles such as plasma are put in the magnetic field created by the two air-core coils 3a and 3b, most particles reciprocate between the two coils. This is because the magnetic field at the coil acts as if it were a mirror and reflects the charged particles. However, some particles are not reflected and escape in the axial direction.
【００１９】図３−（Ｂ）は、ミラー磁場内の粒子につ
いて、磁場方向速度成分Ｖｘ及びこれに直角な方向の成
分Ｖｙをもつ粒子の分布を示したものである。プラズマ
が等方的であれば、粒子は円内で一様に分布する。FIG. 3 (B) shows the distribution of particles having a velocity component Vx in the magnetic field direction and a component Vy in the direction perpendicular to the velocity component Vx in the magnetic field of the mirror. If the plasma is isotropic, the particles will be evenly distributed within the circle.
【００２０】ミラー磁場内で往復する個々の粒子のＶ
ｘ，Ｖｙの変化は、図３−（Ｂ）に示したような円形状
となるが、コイル中心部の位置において、図３−（Ｂ）
の斜線部に示す速度成分をもつ粒子は、ミラー磁場内で
反射を受けずに軸方向に逃げていく。斜線部の粒子が抜
けた後、他の速度空間にある粒子は相互の衝突により順
次この斜線部に入ってくるので、粒子は次々に軸方向に
逃げて行くことになる。ここで、斜線部の領域を示す角
度θは、ミラー磁場の強度比Ｂｏ／Ｂｍにより変化し、
θ＝ｓｉｎ~ 1√（Ｂｏ／Ｂｍ）で与えられる。ここ
で、Ｂｏはミラー磁場中心における磁束密度、Ｂｍはミ
ラー地点での磁束密度である。V of the individual particles reciprocating in the mirror field
The changes in x and Vy are circular as shown in FIG. 3- (B).
Particles having a velocity component indicated by the shaded area of E will escape in the axial direction without being reflected in the mirror magnetic field. After the particles in the shaded area have escaped, the particles in other velocity spaces sequentially enter this shaded area due to mutual collisions, so that the particles escape in the axial direction one after another. Here, the angle θ indicating the shaded area changes depending on the intensity ratio Bo / Bm of the mirror magnetic field,
It is given by θ = sin ~ 1 √ (Bo / Bm). Here, Bo is the magnetic flux density at the center of the mirror magnetic field, and Bm is the magnetic flux density at the mirror point.
【００２１】つまり、ミラー磁場から出ていった粒子の
Ｖｙは、粒子がミラー磁場中にある場合に比べ、小さな
値を持つことになる。プラズマから引出されるイオンビ
ームのエミッタンスは、Ｖｙ成分が小さい時、小さな値
となる。That is, Vy of the particles that have gone out of the mirror magnetic field has a smaller value than that when the particles are in the mirror magnetic field. The emittance of the ion beam extracted from the plasma has a small value when the Vy component is small.
【００２２】従って、ミラー磁場から逃げる粒子をイオ
ンビームとして引出せば、エミッタンスの小さなイオン
源装置を得ることができる。特に、ミラー磁場比を変え
る機構を設ければ角度θが変わるので、ミラー磁場より
逃げていく粒子のエミッタンスを調整することが可能と
なる。Therefore, if the particles that escape from the mirror magnetic field are extracted as an ion beam, an ion source device with a small emittance can be obtained. In particular, if a mechanism for changing the mirror magnetic field ratio is provided, the angle θ changes, so that it becomes possible to adjust the emittance of particles escaping from the mirror magnetic field.
【００２３】[0023]
【実施例】最初に、本発明を適用したイオン源装置に関
するいくつかの実施例を、説明する。次に、それらのイ
オン源装置を備えた、イオン打ち込み装置に関する実施
例を説明する。EXAMPLES First, some examples of an ion source device to which the present invention is applied will be described. Next, a description will be given of an embodiment relating to an ion implanting device equipped with those ion source devices.
【００２４】図１は、本発明に基づくイオン源装置に関
する第１の実施例を説明する図である。図１に示される
本実施例は、プラズマ源部１０２と、同じ軸上に連結さ
れるエミッタンスを調整する調整部１０１とから成る。FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of an ion source device according to the present invention. The present embodiment shown in FIG. 1 comprises a plasma source unit 102 and an adjusting unit 101 for adjusting the emittance connected on the same axis.
【００２５】プラズマ源部１０２は、ミラー磁場を発生
する、給電装置（図示せず）を備えた空心コイル３ａ、
３ｂと、プラズマを発生するプラズマ源４と、マイクロ
波を透過すると共にマイクロ波導入部分とプラズマ源部
１０２を遮蔽する絶縁物５と、当該磁場による調整部１
０１への影響を最小にする鉄等の磁性材料で構成される
ヨーク９とから構成される。The plasma source section 102 includes an air-core coil 3a having a power feeding device (not shown) for generating a mirror magnetic field,
3b, a plasma source 4 that generates plasma, an insulator 5 that transmits microwaves and shields the microwave introduction part and the plasma source part 102, and the adjustment part 1 by the magnetic field.
01, and a yoke 9 made of a magnetic material such as iron that minimizes the effect on 01.
【００２６】調整部１０１は、前記ミラー磁場とは独立
にミラー磁場を発生する、給電装置（図示せず）を備え
た空心コイル７ａ、７ｂと、前記プラズマ源４で発生し
たプラズマを導入するプラズマ室１０と、そこからイオ
ンビーム２を引き出すイオンビーム引出し電極６と、鉄
等の磁性材料で構成されるヨーク８ａ、８ｂ、８ｃとか
ら構成される。ただし、８ｂは可動式ヨ−クで、当該ミ
ラー磁場強度比を変化させる。コイル７ａ、７ｂの励磁
で発生する磁力線は、ヨーク８ａ、８ｂ、８ｃ内を主に
通るため、プラズマ源４の磁場分布や強度には影響を与
えない。The adjusting unit 101 includes air-core coils 7a and 7b each having a power feeding device (not shown) for generating a mirror magnetic field independent of the mirror magnetic field, and a plasma for introducing plasma generated by the plasma source 4. It is composed of a chamber 10, an ion beam extraction electrode 6 for extracting the ion beam 2 therefrom, and yokes 8a, 8b, 8c made of a magnetic material such as iron. However, 8b is a movable yoke that changes the mirror magnetic field strength ratio. The magnetic field lines generated by the excitation of the coils 7a, 7b mainly pass through the yokes 8a, 8b, 8c, and therefore do not affect the magnetic field distribution or strength of the plasma source 4.
【００２７】マイクロ波は、図１左方向から絶縁物５を
通して、プラズマ源４に導入され、そこで、図１下方向
から導入されるガスを、マイクロ波放電によってプラズ
マ化する。発生したプラズマ粒子の内、コイル３ａ、３
ｂによるミラー磁場強度比で決まる速度分布を持つ粒子
は、この磁場を逃げて、コイル７ａ、７ｂによって発生
されるミラー磁場中に置かれたプラズマ室１０へ移動す
る。Microwaves are introduced into the plasma source 4 from the left side of FIG. 1 through the insulator 5, and the gas introduced from the lower side of FIG. 1 is turned into plasma by microwave discharge. Of the generated plasma particles, the coils 3a, 3
Particles having a velocity distribution determined by the mirror magnetic field strength ratio by b escape this magnetic field and move to the plasma chamber 10 placed in the mirror magnetic field generated by the coils 7a and 7b.
【００２８】さらに、プラズマ室１０において、コイル
７ａ、７ｂが作るミラー磁場強度比で決まる速度分布を
持つプラズマ粒子は、当該ミラー磁場を逃げて、引出し
電極６の引出し面に向かう。プラズマ室１０のミラー磁
場強度比は、ヨーク８ｂを機械的に軸方向に出し入れす
れば容易に変えられる（図１中、矢印参照）。したがっ
て、ミラー磁場から逃げるプラズマのＹ方向速度分布が
制御可能となり、引出されるイオンのエミッタンスを調
整することができる。このとき、プラズマ源部１０２に
は、何らの影響も与えない。すなわち、種々のプラズマ
パラメータを変化させない。Further, in the plasma chamber 10, the plasma particles having a velocity distribution determined by the mirror magnetic field strength ratio formed by the coils 7a and 7b escape the mirror magnetic field and head toward the extraction surface of the extraction electrode 6. The mirror magnetic field strength ratio of the plasma chamber 10 can be easily changed by mechanically moving the yoke 8b in and out in the axial direction (see the arrow in FIG. 1). Therefore, the velocity distribution of the plasma in the Y direction that escapes from the mirror magnetic field can be controlled, and the emittance of the extracted ions can be adjusted. At this time, the plasma source unit 102 is not affected at all. That is, it does not change various plasma parameters.
【００２９】本実施例において、種々のイオン種に関す
るイオンビームエミッタンスを測定した。その結果、数
ｍＡ〜数１０ｍＡの引出しイオンビーム電流において、
プラズマ室１０のミラー磁場強度比を変えることで、ビ
ームエミッタンス値を数倍〜数１０倍の範囲で変わるこ
とが示された。ここで、イオン源装置引出し電圧は数ｋ
Ｖ〜５０ｋＶで実験した。In this example, the ion beam emittance for various ion species was measured. As a result, in the extraction ion beam current of several mA to several tens mA,
It was shown that the beam emittance value was changed in the range of several times to several tens of times by changing the mirror magnetic field strength ratio of the plasma chamber 10. Here, the extraction voltage of the ion source device is several k
Experiments were performed at V-50 kV.
【００３０】この電圧電流範囲に対し、エミッタンス値
をイオンビーム速度で規格化した規格化エミッタンスの
実測値は、従来が０．１πｃｍ・ｍｒａｄ程度であっ
た。しかし、本実施例では、０．０１πｃｍ・ｍｒａｄ
の桁とすることができ、従来例に比べ格段に小さくでき
ることが分った。The measured value of the normalized emittance obtained by normalizing the emittance value by the ion beam velocity with respect to this voltage / current range was about 0.1πcm · mrad in the conventional case. However, in this embodiment, 0.01 πcm · mrad
It has been found that the value can be set to a digit, which is significantly smaller than that of the conventional example.
【００３１】次に、イオン源装置に関する第２の実施例
を説明する。上記第１実施例では、プラズマ発生用のプ
ラズマ源４に単純な形状のミラー磁場のみを印加してい
るが、その代わりに、特開昭６３−１１４０３２号公報
に示される多極磁場を重畳した多価イオン生成用プラズ
マ源を用いた場合でも、エミッタンス制御が可能であ
る。Next, a second embodiment of the ion source device will be described. In the first embodiment described above, only the mirror magnetic field having a simple shape is applied to the plasma source 4 for generating plasma, but instead, the multipolar magnetic field disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-114032 is superimposed. It is possible to control emittance even when a plasma source for generating multiply charged ions is used.
【００３２】図５は、イオン源装置に関する第２の実施
例を説明する図で、調整部１０１は図１のそれと同じで
ある。FIG. 5 is a diagram for explaining the second embodiment of the ion source device, and the adjusting section 101 is the same as that of FIG.
【００３３】図５では、ミラー磁場の他に、永久磁石１
３ａ、１３ｂをプラズマ源４の周辺に多極状に配置し、
プラズマ温度やプラズマ密度をさらに高めている。この
場合も、プラズマ源４のミラー磁場端から調整部１０１
に高温、高密度プラズマが導入されるため、低エミッタ
ンスの引出しビーム２を大電流化できる。In FIG. 5, in addition to the mirror magnetic field, the permanent magnet 1
3a and 13b are arranged around the plasma source 4 in a multi-pole shape,
Further increasing the plasma temperature and plasma density. In this case as well, the adjustment unit 101 is moved from the mirror magnetic field end of the plasma source 4.
Since high-temperature, high-density plasma is introduced into, the extraction beam 2 having low emittance can be made to have a large current.
【００３４】特に、第１実施例では、一価イオンがプラ
ズマ源４で効率良く生成できるのに対し、本実施例では
２価以上の多価イオンが効率良く生成できるため、低エ
ミッタンスの数１０ｍＡ級大電流多価イオンビームを得
ることができる。In particular, in the first embodiment, monovalent ions can be efficiently generated by the plasma source 4, whereas in the present embodiment, multivalent ions having a valence of 2 or more can be efficiently generated, so that a low emittance of several tens mA is obtained. It is possible to obtain a high-current multi-charged ion beam of high class.
【００３５】次に、第３の実施例を説明する。第１およ
び第２実施例では、ミラー磁場強度比を変化させるため
に、コイルに取り付けたヨークを機械的に移動させてい
た。Next, a third embodiment will be described. In the first and second embodiments, the yoke attached to the coil is mechanically moved in order to change the mirror magnetic field strength ratio.
【００３６】しかし、ここで説明する第３の実施例（図
７）では、これを電気的に変える方法を採用した。即
ち、空心コイル７ａ、７ｂの中間に補助コイル１１を置
き、給電装置１８によって補助コイル１１に流す励磁電
流を変えてミラー比を変化させた。本実施例でも、引出
しビーム２のエミッタンスを、容易に制御することがで
きた。However, in the third embodiment (FIG. 7) described here, a method of electrically changing this is adopted. That is, the auxiliary coil 11 was placed between the air-core coils 7a and 7b, and the exciting current supplied to the auxiliary coil 11 was changed by the power supply device 18 to change the mirror ratio. Also in this embodiment, the emittance of the extraction beam 2 could be easily controlled.
【００３７】次に、イオン源装置に関する第４の実施例
を説明する。上記第１、２、３実施例においては、図１
に示すように、プラズマ源部１０２と調整部１０１とが
それぞれ１対のコイルを有し、独立にミラー磁場を発生
させていた。しかし、プラズマ源部１０２と調整部１０
１の接続点に近い、いずれかのコイルを省き、３個のコ
イルによっても、同様なミラー磁場を発生させることが
できる。Next, a fourth embodiment relating to the ion source device will be described. In the above first, second and third embodiments, FIG.
As shown in FIG. 3, the plasma source section 102 and the adjusting section 101 each have a pair of coils and independently generate the mirror magnetic field. However, the plasma source unit 102 and the adjusting unit 10
A similar mirror magnetic field can be generated by omitting any of the coils near the connection point of 1 and using three coils.
【００３８】この第４の実施例では、図８に示すよう
に、図１におけるプラズマ室１０のミラー磁場を形成す
るコイル７ａを除去し、コイル３ｂを共用する。つま
り、コイル３ａと３ｂ、および、コイル３ｂと７ｂでミ
ラー磁場を形成する。In the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, the coil 7a forming the mirror magnetic field of the plasma chamber 10 in FIG. 1 is removed and the coil 3b is shared. That is, the coils 3a and 3b and the coils 3b and 7b form a mirror magnetic field.
【００３９】本実施例において測定した、ビーム電流に
対するエミッタンス制御性の範囲は、実施例１、２、３
に較べやや狭くなるが、従来イオン源装置では、ビーム
電流やイオン源装置電圧が数１０％以上変わると、エミ
ッタンスが大きく変動していたのに対し、数倍のビーム
電流、電圧変化に対しても、本実施例のエミッタンス
を、０．０１πｃｍ・ｍｒａｄの桁に制御することがで
きた。The range of emittance controllability with respect to the beam current measured in this example is as follows.
In the conventional ion source device, when the beam current and the ion source device voltage change by several tens of percent or more, the emittance fluctuates greatly, whereas the beam current and the voltage change several times. Also, the emittance of this example could be controlled to the order of 0.01 πcm · mrad.
【００４０】第４実施例では、図１においてコイル７ａ
を除いたが、コイル３ｂを除いても同様な結果が得られ
る。In the fourth embodiment, the coil 7a shown in FIG.
However, the same result can be obtained by removing the coil 3b.
【００４１】さらに、上記第１、２、３、４実施例で
は、エミッタンス調整用のミラー磁場内に置かれるプラ
ズマ室１０に一個のプラズマ源を結合している。しか
し、図９に示す第５実施例のように、調整部１０１の中
央部に上下方向から別の複数のプラズマ源部１０２（こ
の例では２個を追加）を結合付加すればプラズマ密度が
上がるため、引出しイオンビーム２の電流が増加でき
る。この場合、低エミッタンスでより大電流のイオンビ
ームが簡単に引出しできることは、発明の作用からして
自明のことである。Further, in the first, second, third, and fourth embodiments, one plasma source is connected to the plasma chamber 10 placed in the mirror magnetic field for adjusting the emittance. However, as in the fifth embodiment shown in FIG. 9, if a plurality of plasma source portions 102 (two in this example are added) are combined and added to the central portion of the adjusting portion 101 from above and below, the plasma density is increased. Therefore, the current of the extracted ion beam 2 can be increased. In this case, it is obvious from the action of the invention that the ion beam having a low emittance and a large current can be easily extracted.
【００４２】次に、上記実施例で示されたイオン源装置
を有するＭｅＶエネルギーのイオン打込み装置の一実施
例を説明する。Next, an embodiment of the MeV energy ion implanter having the ion source device shown in the above embodiment will be described.
【００４３】図６は、その実施構成例を説明する図であ
る。本実施例は、上記実施例で説明されたいずれかのプ
ラズマ源部１０２および調整部１０１から構成されるイ
オン源装置と、磁場によってイオン軌道を変える質量分
離器１５と、磁場または電場によってビームを収束する
レンズ１６と、イオンをＭｅＶエネルギーにまで加速す
るＲＦＱ加速器１４と、そのイオンを半導体基板等の被
照射物（図示せず）に打ち込むビーム照射室１７とによ
って構成される。ここで、加速器１４には、例えば、特
願昭５８−２２６８６０号公報に示されるＲＦＱ（高周
波４重極）加速器を用いることができる。FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the embodiment. In this embodiment, an ion source device including any of the plasma source unit 102 and the adjusting unit 101 described in the above embodiments, a mass separator 15 that changes an ion trajectory by a magnetic field, and a beam by a magnetic field or an electric field. It is composed of a converging lens 16, an RFQ accelerator 14 that accelerates the ions to MeV energy, and a beam irradiation chamber 17 that implants the ions into an irradiation target (not shown) such as a semiconductor substrate. Here, as the accelerator 14, for example, an RFQ (high frequency quadrupole) accelerator disclosed in Japanese Patent Application No. 58-226860 can be used.
【００４４】イオン源装置１０１／１０２から発生され
たイオンは、質量分離器１５によって選択され、その選
ばれたイオンだけがレンズ１６によって収束され加速器
１４で、所定のエネルギ−まで加速され、ビーム照射室
１７に保持される被照射物に照射される。Ions generated from the ion source devices 101/102 are selected by the mass separator 15, and only the selected ions are converged by the lens 16 and accelerated by the accelerator 14 to a predetermined energy to irradiate the beam. The irradiation target held in the chamber 17 is irradiated.
【００４５】ＲＦＱ加速器１４は、入射ビームのエミッ
タンスにより、加速器内のビーム透過率が大きく左右さ
れる性質を持つ。したがって、ｍＡ級の大電流ＭｅＶビ
ームを得るためには、加速器１４に低エミッタンスのビ
ームを入射することが、特に必要である。The RFQ accelerator 14 has a property that the beam transmittance in the accelerator is greatly influenced by the emittance of the incident beam. Therefore, in order to obtain the mA-class high-current MeV beam, it is particularly necessary to make the beam of low emittance incident on the accelerator 14.
【００４６】図４に示した従来のイオン源装置の場合、
イオン源装置のエミッタンスを低くするための運転条件
と、大電流ビームを引出すための運転条件が異なってい
る。したがって、本実施例のイオン打ち込み装置におい
て、従来イオン源装置を使用すると、要求されるビーム
エネルギーや入射ビーム電流値により、加速器透過率が
変わり、ＲＦＱ加速器の運転条件の広い範囲において、
効率良く加速することができなかった。In the case of the conventional ion source device shown in FIG. 4,
The operating conditions for lowering the emittance of the ion source device and the operating conditions for extracting a large current beam are different. Therefore, when the conventional ion source device is used in the ion implantation apparatus of the present embodiment, the accelerator transmittance changes depending on the required beam energy and incident beam current value, and in a wide range of operating conditions of the RFQ accelerator,
I couldn't accelerate efficiently.
【００４７】次に、イオン源装置を本発明のものに置き
換えたところ、ＲＦＱ加速器の広い運転周波数範囲、つ
まり、広い加速エネルギー範囲で、９０％以上の高いビ
ーム透過率が、Ｂ（ボロン）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ
素）イオンビームについて得られた。これは、様々なイ
オン種や加速条件に応じて、入射イオンビームエミッタ
ンスを小さな値（０．０１πｃｍ・ｍｒａｄの桁）に制
御できたためである。Next, when the ion source device was replaced with that of the present invention, a high beam transmittance of 90% or more was obtained for B (boron) in a wide operating frequency range of the RFQ accelerator, that is, a wide acceleration energy range. Obtained for P (phosphorus), As (arsenic) ion beams. This is because the incident ion beam emittance could be controlled to a small value (on the order of 0.01πcm · mrad) according to various ion species and acceleration conditions.
【００４８】[0048]
【発明の効果】本発明により、高エネルギーイオン打込
み装置用のイオン源装置について、引出しイオンビーム
のエミッタンスを、イオン源装置運転パラメータとは独
立に調整できた。その結果、低エミッタンスのイオン源
装置を提供できるばかりでなく、イオン打込み装置に適
用することで、打込み電流の増大が図れ、広い加速エネ
ルギー範囲で、ｍＡ以上の大電流ＭｅＶ級ビームのイオ
ン打ち込み装置を提供することができる。According to the present invention, the emittance of the extracted ion beam of the ion source device for the high energy ion implanter can be adjusted independently of the operating parameters of the ion source device. As a result, not only an ion source device with low emittance can be provided, but by applying it to an ion implanting device, the implanting current can be increased, and an ion implanting device for a large current MeV class beam of mA or more in a wide acceleration energy range. Can be provided.
【００４９】[0049]
【図１】図１は、本発明に基ずくイオン源装置の原理を
示す第１実施例の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment showing the principle of an ion source device according to the present invention.
【図２】図２−（Ａ）および（Ｂ）は、イオンビ−ムエ
ミッタンスの定義説明図。FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams for defining ion beam emittance.
【図３】図３−（Ａ）および（Ｂ）は、ミラー磁場の定
義及びミラー磁場中の荷電粒子の速度空間における分布
説明図。FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams of the definition of a mirror magnetic field and the distribution of charged particles in the velocity space in the mirror magnetic field.
【図４】図４は、従来のマイクロ波イオン源装置の構成
図。FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional microwave ion source device.
【図５】図５は、本発明に基づくイオン源装置の第２実
施例の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a second embodiment of the ion source device according to the present invention.
【図６】図６は、本発明に基づくイオン打ち込み装置の
一実施例のブロック図。FIG. 6 is a block diagram of an embodiment of an ion implantation apparatus according to the present invention.
【図７】図７は、本発明に基づくイオン源装置の第３実
施例の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of a third embodiment of the ion source device according to the present invention.
【図８】図８は、本発明に基づくイオン源装置の第４実
施例の構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the ion source device according to the present invention.
【図９】図９は、本発明に基づくイオン源装置の第５実
施例の構成図。FIG. 9 is a configuration diagram of a fifth embodiment of the ion source device according to the present invention.
１…ビーム遮蔽スリット、 ２…イオンビーム、 ３
ａ、３ｂ…空心コイル、４…マイクロ波プラズマ源、
５…絶縁物、 ６…イオンビーム引出し電極、７ａ、７
ｂ…空心コイル、 ８ａ、８ｃ、８ｄ…磁性材料ヨー
ク、８ｂ…可動ヨーク、 ９…磁性材料ヨーク、 １０
…プラズマ室、１１…補助コイル、 １２…磁力線、
１３ａ、１３ｂ…永久磁石、１４…ＲＦＱ加速器、 １
５…質量分離器、 １６…レンズ、１７…ビーム照射
室、 １８…給電装置、 １０１…調整部、１０２…プ
ラズマ源部。1 ... Beam blocking slit, 2 ... Ion beam, 3
a, 3b ... air core coil, 4 ... microwave plasma source,
5 ... Insulator, 6 ... Ion beam extraction electrode, 7a, 7
b ... air core coil, 8a, 8c, 8d ... magnetic material yoke, 8b ... movable yoke, 9 ... magnetic material yoke, 10
... plasma chamber, 11 ... auxiliary coil, 12 ... magnetic field lines,
13a, 13b ... Permanent magnet, 14 ... RFQ accelerator, 1
5 ... Mass separator, 16 ... Lens, 17 ... Beam irradiation chamber, 18 ... Power supply device, 101 ... Adjustment part, 102 ... Plasma source part.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 (72)発明者 作道 訓之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number in the agency FI Technical indication location H01L 21/265 (72) Inventor Noriyuki Sakudo 7-1 Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd., Hitachi Research Laboratory
Claims (8)
イオン源装置において、 前記プラズマ発生源と隣接し、イオンの引出側に配置さ
れ、発生したイオンを導入し、引き出されるイオンビー
ムのエミッタンスを調整する調整部を有し、 前記調整部は、同一軸上に少なくとも２個の空心コイル
を離して設置し、発生磁力線が同一方向となるように励
磁して、前記プラズマ発生源から導入したイオンを閉じ
込めるための第１のミラー磁場を形成する手段と、その
磁場強度あるいは磁力線分布の少なくとも一方を変える
ことで当該第１のミラー磁場強度比を変更する手段とを
備えることを特徴とするイオン源装置。1. An ion source device having a plasma generation source for generating ions, which is arranged adjacent to the plasma generation source on the ion extraction side, introduces the generated ions, and adjusts the emittance of the extracted ion beam. The adjusting unit has at least two air-core coils separated from each other on the same axis, and is excited so that the lines of generated magnetic force are in the same direction to remove ions introduced from the plasma generation source. An ion source device comprising: means for forming a first mirror magnetic field for confinement; and means for changing the first mirror magnetic field strength ratio by changing at least one of the magnetic field strength and the distribution of magnetic force lines. .
とは別に、少なくとも２個の空心コイルからなる第２の
ミラ−磁場を発生する手段と、マイクロ波導入部とをさ
らに備え、 前記プラズマ発生源は、第２のミラー磁場中に置かれ、
前記マイクロ波導入路から導入されたマイクロ波による
放電によってプラズマを発生することを特徴とするイオ
ン源装置。2. The method according to claim 1, further comprising, apart from the first mirror magnetic field, means for generating a second mirror magnetic field composed of at least two air-core coils, and a microwave introducing part. The plasma source is placed in a second mirror magnetic field,
An ion source device, wherein plasma is generated by discharge of microwaves introduced from the microwave introduction path.
ラー磁場強度比を変更する手段は、前記ミラー磁場を構
成する２個の空心コイルの間に配置される磁性材料のヨ
ークを有するものであり、これらのヨ−クは、それらが
コイル間領域に占める状態を変えてミラー磁場強度比を
変更するものであることを特徴とするイオン源装置。3. The means for changing the first mirror magnetic field strength ratio according to claim 1 or 2, comprising a yoke made of a magnetic material arranged between two air-core coils constituting the mirror magnetic field. The ion source device is characterized in that these yokes change the state occupied in the inter-coil region to change the mirror magnetic field strength ratio.
ラー磁場強度比を変更する手段は、前記第１のミラー磁
場を発生する２個の空心コイルの間に配置されるコイル
と、当該コイルに給電する装置とを備え、当該給電装置
はコイルに流す電流を変えて、ミラー磁場強度比を変更
するものであることを特徴とするイオン源装置。4. The means for changing the first mirror magnetic field strength ratio according to claim 1 or 2, wherein a coil arranged between two air-core coils for generating the first mirror magnetic field, An ion source device comprising: a device for feeding power to a coil, wherein the power feeding device changes a current flowing through the coil to change a mirror magnetic field strength ratio.
プラズマ発生源の置かれている第２のミラー磁場に重畳
する多極磁場を発生する手段をさらに備えたことを特徴
とするイオン源装置。5. The ion source according to claim 2, further comprising means for generating a multipole magnetic field to be superimposed on the second mirror magnetic field in which the plasma generation source is placed. apparatus.
プラズマ発生源が置かれている第２のミラ−磁場と前記
第１のミラー磁場とを発生する少なくとも４個以上の空
心コイルの内、隣合う２個のコイルの内１個を省き、残
り１個を共用することを特徴とするイオン源装置。6. The at least four or more air-core coils for generating a second mirror magnetic field in which the plasma generation source is placed and the first mirror magnetic field according to any one of claims 2 to 5. An ion source device characterized by omitting one of two adjacent coils and sharing the remaining one.
プラズマ発生源とは別の複数のプラズマ発生源をさらに
備え、それらで発生したプラズマをそれぞれ前記調整部
に導入することを特徴とするイオン源装置。7. The method according to any one of claims 1 to 6, further comprising a plurality of plasma generation sources different from the plasma generation source, and introducing the plasma generated by each of them into the adjusting unit. Ion source device.
と、発生されたイオンを加速するイオン加速器と、加速
されたイオンビームを照射する打ち込み室とを有するイ
オン打ち込み装置において、 イオン源装置は、イオンを発生するプラズマ発生源と、
発生したイオンを導入し、出射イオンビームのエミッタ
ンスを調整する調整部とを有し、 前記調整部は、同一軸上に少なくとも２個の空心コイル
を離して設置し、発生磁力線が同一方向となるように励
磁して、前記プラズマ発生源から導入したイオンを閉じ
込めるための第１のミラー磁場を形成する手段と、その
磁場強度あるいは磁力線分布の少なくとも一方を変える
ことで当該第１のミラー磁場強度比を変更する手段とを
備えることを特徴とするイオン打ち込み装置。8. An ion implantation apparatus comprising an ion source apparatus for generating a specific ion, an ion accelerator for accelerating the generated ions, and an implantation chamber for irradiating the accelerated ion beam, wherein the ion source apparatus is , A plasma source that generates ions,
An adjusting unit that adjusts the emittance of the emitted ion beam by introducing generated ions, and the adjusting unit installs at least two air-core coils apart from each other on the same axis, and the generated magnetic force lines are in the same direction. To generate a first mirror magnetic field for confining the ions introduced from the plasma generation source and the first mirror magnetic field strength ratio by changing at least one of the magnetic field strength and the distribution of magnetic force lines. And a means for changing the ion implantation device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5076824A JP2644958B2 (en) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | Ion source device and ion implantation device provided with the ion source device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5076824A JP2644958B2 (en) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | Ion source device and ion implantation device provided with the ion source device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06290725A true JPH06290725A (en) | 1994-10-18 |
| JP2644958B2 JP2644958B2 (en) | 1997-08-25 |
Family
ID=13616433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5076824A Expired - Fee Related JP2644958B2 (en) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | Ion source device and ion implantation device provided with the ion source device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2644958B2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005054127A1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Ideal Star Inc. | Derivative fullerene producing apparatus and method |
| JP2005353537A (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Ulvac Japan Ltd | Ion implanter |
| JP2011003457A (en) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Tokyo Electron Ltd | Charged particle separation apparatus and charged particle irradiation apparatus |
| JP2011526724A (en) * | 2008-07-02 | 2011-10-13 | コミッサリア ア レネルジ アトミック エ オ エネルジ アルテルナティヴ | Electron cyclotron resonance ion generator |
| DE102011102723A1 (en) | 2011-05-20 | 2012-11-22 | Hans-Peter Moers | Folding lock i.e. bicycle lock, for connecting frame of bicycle with street light, has outer and inner outer area segments formed as common shaft that enables insertion of closing pin into closing body during operation of lock |
| JP2018142434A (en) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | Ion implantation equipment |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02114433A (en) * | 1988-10-24 | 1990-04-26 | Nissin Electric Co Ltd | Ion treatment device |
| JPH04132145A (en) * | 1990-09-20 | 1992-05-06 | Ulvac Japan Ltd | Ion source |
| JPH04338639A (en) * | 1991-05-16 | 1992-11-25 | Fujitsu Ltd | Ion generator |
-
1993
- 1993-04-02 JP JP5076824A patent/JP2644958B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02114433A (en) * | 1988-10-24 | 1990-04-26 | Nissin Electric Co Ltd | Ion treatment device |
| JPH04132145A (en) * | 1990-09-20 | 1992-05-06 | Ulvac Japan Ltd | Ion source |
| JPH04338639A (en) * | 1991-05-16 | 1992-11-25 | Fujitsu Ltd | Ion generator |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005054127A1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Ideal Star Inc. | Derivative fullerene producing apparatus and method |
| JP2005353537A (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Ulvac Japan Ltd | Ion implanter |
| JP2011526724A (en) * | 2008-07-02 | 2011-10-13 | コミッサリア ア レネルジ アトミック エ オ エネルジ アルテルナティヴ | Electron cyclotron resonance ion generator |
| JP2011003457A (en) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Tokyo Electron Ltd | Charged particle separation apparatus and charged particle irradiation apparatus |
| DE102011102723A1 (en) | 2011-05-20 | 2012-11-22 | Hans-Peter Moers | Folding lock i.e. bicycle lock, for connecting frame of bicycle with street light, has outer and inner outer area segments formed as common shaft that enables insertion of closing pin into closing body during operation of lock |
| JP2018142434A (en) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | Ion implantation equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2644958B2 (en) | 1997-08-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6635883B2 (en) | Gas cluster ion beam low mass ion filter | |
| US5206516A (en) | Low energy, steered ion beam deposition system having high current at low pressure | |
| EP1218917B1 (en) | High transmission, low energy beamline apparatus for ion implanter | |
| JP4793696B2 (en) | Method and apparatus for selective pre-dispersion of an extracted ion beam in an ion implantation system | |
| EP1721329A2 (en) | Modulating ion beam current | |
| WO1987005438A1 (en) | Masked ion beam lithography system and method | |
| TW201506982A (en) | Extraction electrode assembly voltage modulation in an ion implantation system | |
| US4013891A (en) | Method for varying the diameter of a beam of charged particles | |
| KR101726560B1 (en) | Enhanced low energy ion beam transport in ion implantation | |
| KR20030085087A (en) | Ion source filament and method | |
| JP2644958B2 (en) | Ion source device and ion implantation device provided with the ion source device | |
| US6744225B2 (en) | Ion accelerator | |
| JPS62108438A (en) | High current mass spectrometer employing space charge lens | |
| US6888146B1 (en) | Maskless micro-ion-beam reduction lithography system | |
| JP2713692B2 (en) | Ion implantation equipment | |
| JPH0636735A (en) | Substrate manufacturing device by polyvalent ion implanting method and manufacture of substrate | |
| JP2778227B2 (en) | Ion source | |
| JP2001296398A (en) | Device and method for processing neutral beam | |
| JPS63279552A (en) | Ion beam irradiation device | |
| JPH06325710A (en) | Microwave ion source and ion implanting device | |
| JP2002352761A (en) | Ion beam irradiation device | |
| JPH027503B2 (en) | ||
| JPH05258710A (en) | Ion implantation device | |
| Kewlani et al. | Beam Characterization of Five Electrode ECR Ion Source | |
| JP3341497B2 (en) | High frequency type charged particle accelerator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |